Читайте также:
|
Любое современное техническое решение невозможно реализовать без «привязки» к социальному контексту, без понимания его социокультурных последствий. В рамках проекта предлагается исследование и моделирование технического решения по двум направлениям:
1) Какие социальные изменения должны произойти, чтобы данное решение могло претвориться в жизнь (уровень образования, городская среда, транспортная инфраструктура, коммуникативные сообщества, социальные связи, типы организаций, предприятий, профессиональных коллективов и т.п.);
2) Каковы будут социальные последствия (что получим в результате внедрения, использования данного технического решения; какие изменения неизбежно произойдут в результате – в человеческом мышлении, общении, работе, жилище, жизнедеятельности.)
Космическая солнечная энергетика (космическая энергетика) — вид альтернативной энергетики, предусматривающий использование энергии Солнца для выработки электроэнергии, с расположением энергетической станции на земной орбите или на Луне.
Система предполагает наличие аппарата-излучателя, находящегося на геостационарной орбите. Предполагается преобразовывать солнечную энергию в форму, удобную для передачи (СВЧ, лазерное излучение), и передавать на поверхность в «концентрированном» виде. В этом случае на поверхности необходимо наличие «приёмника», воспринимающего эту энергию[11].
Космический спутник по сбору солнечной энергии по существу состоит из трех частей:
·средства сбора солнечной энергии в космическом пространстве, например, через солнечные батареи или тепловой двигатель Стирлинга;
·средства передачи энергии на землю, например, через СВЧ или лазер;
·средства получения энергии на земле, например, через ректенны.
Космический аппарат будет находиться на ГСО и ему не нужно поддерживать себя против силы тяжести. Он также не нуждается в защите от наземного ветра или погоды, но будет иметь дело с космическими опасностями, такими как микрометеориты и солнечные бури.
Структура проекта:
1. Актуальность – описание технического проекта, почему его использование важно для общества, что оно ему даст в данный момент и в долговременной перспективе.
Так как за 40 лет со времени появления идеи солнечные батареи сильно упали в цене и увеличились в производительности, а грузы на орбиту стало доставлять дешевле, в 2007 году «Национальное космическое общество» США представило доклад в котором говорит о перспективах развития космической энергетики в наши дни
2. Социальная проблема – что мы хотим изменить (привнести, добавить) в обществе. В чем наш идеал и как к нему приблизимся благодаря реализации проекта.
3. Цели и задачи – конечный желаемый результат и конкретные шаги по его реализации.
4. Проблематизация – какую проблему(ы) помогает решить.
Необходимость создания КСЭС связана с ростом цен на традици-
онные энергоносители и ущербом от природных катаклизмов, обуслов-
ленных техногенным воздействием традиционной энергетики на окру-
жающую среду. В ближайшей и дальней перспективе в новых экономи-
ческих условиях направление создания КСЭС может определять темп
развития космической техники и содействовать модернизации и инно-вационному развитию России, а также способствовать решению соци-
альных и политических задач и обеспечивать энергетическую, экологи-
ческую и оборонную безопасность страны.
5. Основное содержание проекта – предполагаемые мероприятия, которые можно реализовать для осуществления проекта, ресурсы для их осуществления, сроки, исполнители, средства (материальные, технические, финансовые).
Проектный облик КЭС в настоящее время в основном определился. Это грандиозные сооружения, не имеющие аналога в истории космической техники. При полезной мощности в 5 млн. кВт масса станций на рабочей орбите оценивается в 20—60 тыс. т в зависимости от способа преобразования лучистой энергии Солнца в электрическую и массового совершенства энергоустановки и системы направленной передачи энергии из космоса на Землю.
Использование фотоэлектрического способа непосредственного преобразования лучистой энергии Солнца в электрическую на основе полупроводниковых солнечных элементов, обладающих коэффициентом полезного действия в диапазоне 10—20%, приводит к необходимости улавливания большого количества лучистой энергии, что влечет за собой построение солнечных коллекторов большой площади.
Турбомашинный, или, как его иначе называют, термодинамический, способ преобразования энергии солнечной радиации в электрическую с помощью системы — солнечная печь, турбина, генератор — характеризуется предварительным преобразованием лучистой энергии в тепловую. КПД турбомашинного способа может быть доведен до 40% и более, что приводит к уменьшению поверхности солнечного концентратора — устройства, обеспечивающего фокусирование солнечных лучей на теплоприемнике. В результате этого габариты солнечной электростанции с турбо-машинным способом преобразования оказываются умеренными, однако использование металлоемких систем — турбины, радиаторов, электрогенератора — приводит к возрастанию массы электростанции.
Передача энергии на Землю может быть осуществлена СВЧ лучом или лазерным лучом. Первый способ характеризует благоприятные условия прохождения луча через атмосферу, высокие КПД прямого и обратного преобразования, возможность использования созданных и отработанных СВЧ приборов. Преимущество лазерного метода заключается в возможности формирования узкого луча, малых размерах передающих и приемных устройств. Однако эффективность прямого и обратного преобразований в этом случае невысока, кроме того, поглощение лазерного излучения атмосферой может привести к снижению КПД передачи до недопустимого уровня. В целом передача энергии из космоса на Землю СВЧ лучом представляется на сегодняшний день предпочтительнее.
Для сборки, развертывания, доставки на рабочие орбиты и обслуживания КЭС в космосе потребуется создание специальных сборочно-монтажных, воздушно-космических и межорбитальных транспортных и эксплуатационных космических комплексов. В сочетании с наземной приемной станцией — ректенной (выпрямляющей антенной), наземным пунктом управления и грузовыми и пассажирскими ракетами-носителями сопутствующие космические комплексы образуют целую систему объектов вокруг КЭС. Создание всех этих комплексов представляет собой не менее сложную задачу, чем создание самих КЭС. Ключом к решению всей проблемы будут грузовые сверхмощные ракеты-носители (РН), с помощью которых элементы КЭС должны выводиться с Земли на низкую околоземную орбиту отдельными квантами массой от 100 до 600 т.
Эксплуатируемые в настоящее время ракеты-носители являются одноразовыми; это означает, что их ступени, выполнив свои задачи, падают на Землю и безвозвратно теряются либо почти полностью сгорают в атмосфере. При этом каждый запуск требует новой ракеты-носителя, чем и объясняется большая стоимость выведения полезного груза в космос — около 2000 долл./кг. Стоимость выведения складывается из расходов на создание материальной части РН, стоимости ракетного топлива, затрат на обслуживание РН на стартовой позиции.
В настоящее время ученые и инженеры изучают возможности использования многоразовых РН, с помощью которых ожидается существенное снижение стоимости выведения полезного груза. Каждая ступень, выполнив свою задачу, должна будет совершать мягкую посадку на Землю, вновь доставляться на стартовую площадку, ремонтироваться, заправляться и опять использоваться. Расчеты показывают, что уже с помощью частично многоразового носителя ожидается снижение стоимости выведения до 500 долл./кг, переход на полностью многоразовые РН, построенные с учетом новейших достижений двигателестроения, материаловедения, теории конструкций и других направлений ракетно-космической техники, позволит довести стоимость выведения полезного груза до величин 10—50 долл./кг. РН для выведения КЭС и других крупногабаритных объектов исключительно сложна. Можно представить, что перспективный сверхмощный носитель конца XX века будет одноступенчатой ракетой баллистического типа с двигательной установкой, работающей на жидком водороде и кислороде.
Стартует она вертикально и вертикально же совершает посадку на озеро, расположенное в районе стартовой позиции, откуда буксируется на старт для профилактического осмотра, ремонта и заправки. При массе полезного груза 250 т ее стартовая масса составит 6 тыс. т, сухая масса — 350 т. Для сравнения укажем, что стартовая масса РН — «Восток» составляла около 300 т при сухой массе 25 т и массе полезного груза порядка 5 т.
С помощью сверхмощных, высокоэффективных РН на низкую опорную орбиту планируется за год доставить все составные элементы одной КЭС, а также космические межорбитальные комплексы с необходимыми запасами топлива. Грузопоток с Земли в космос в объеме 500 т/сут может быть обеспечен с помощью системы из двух сверхмощных РН.
С учетом сказанного создание КЭС на околоземных орбитах представляет собой реализуемую задачу, на пути решения которой нет принципиальных теоретических трудностей. Однако с учетом большого объема финансовых и материальных затрат, серьезных экономических и социальных последствий задача является проблемой большого масштаба, решение которой должно осуществляться на основе международного сотрудничества. КЭС обещают принести значительную прибыль в случае разработки и создания космических и наземных технических комплексов с оптимальными параметрами. Для достижения этого требуется радикальное снижение стоимости производства солнечных элементов, резкое сокращение затрат на выведение полезных грузов на рабочие орбиты, разрешение возникающих экологических проблем и вопросов безопасности при развертывании и эксплуатации электростанций в космосе.
В США и Японии активно
проводятся работы по созданию коммерческих КСЭС гигаваттного уров-
ня для начала создания рынка «космического электричества». Сроки
создания КСЭС в США намечены на 2016 г., в Японии на 2025 г. со стои-
мостью электроэнергии в 6 раз дешевле её выработки на Земле.
Разработки КСЭС в США, Японии и нашей стране получили своё
начало в конце прошлого века и до настоящего времени базировались
на использовании СВЧ – систем.
Однако в последние годы в мире резко возрос интерес к КСЭС с
лазерной каналом передачи энергии в связи с успешным развитием
инфракрасных полупроводниковых лазеров и особенно волоконных
световодов, дающих ряд существенных преимуществ перед СВЧ-
системами, где одним из основных является возможность высокоши-
ротного приёма электроэнергии с геостационарной орбиты для регио-
нов России, а также для энергоснабжения на коммерческой основе Ка-
нады, Гренландии и других островов в северных широтах, а также Ан-
тарктиды.
Крупномасштабность КСЭС в значительной мере осложняет их со-
здание и требует поиска нетрадиционных подходов для обеспечения
максимальной эффективности. Время и финансовые затраты, необхо-
димые для создания КСЭС, определяются выбором общей схемы, эле-
ментной базой, наличием опыта создания ключевых элементов, научно-
техническим заделом по ним, а также эффективностью поэтапного под-
хода к созданию КСЭС.
6. Ожидаемый результат и методы оценки реализации проекта – как будете контролировать его осуществление, оценивать эффективность достижения цели.
Дата добавления: 2015-04-20; просмотров: 37 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |